关于如何优化设计汽车车身结构安全部件材料的分析

曹媛媛

摘 要：随着经济的发展，人们生活水平不断提高，汽车数量也不断增加，已经成为人们日常出行的重要工具之一。而随着人们安全防范意识的提高，对汽车各种性能的要求也不断增加。汽车的车身结构对汽车安全有着重要影响，事关人们生命安全，如何对其进行优化，特别是对于安全部件材料方面，也愈发引起人们的重视。本文主要对如何优化设计汽车车身结构安全部件材料进行分析，以便为相关行业的发展提供借鉴。

关键词：汽车车身 结构 安全部件 材料

Analysis on how to Optimize the Design of Safety Component Materials for Automobile Body Structure

Cao Yuanyuan

Abstract：With the development of the economy， people's living standards continue to improve， and the number of cars is also increasing， which has become one of the important tools for people's daily travel. With the improvement of people's awareness of safety precautions， the requirements for various performances of automobiles are also increasing. The body structure of a car has an important impact on car safety and is related to people's life safety. How to optimize it， especially in terms of safety parts and materials， has also attracted more and more attention. This article mainly analyzes how to optimize the design of safety component materials for automobile body structure in order to provide reference for the development of related industries.

Key words：car body， structure， safety component， material

1 引言

當今社会，汽车在日常生活中的作用越来越大，和人们的关系也愈发紧密，已经成为人们出行必不可少的交通工具之一，为人们带来很大便利。但是随着汽车数量的增加，各种交通事故的数量也在不断增加，汽车碰撞事件屡见不鲜，对人们生命财产带来很大威胁。如何确保汽车安全性，就成为人们广泛关注的问题之一。在汽车受到碰撞的设计环节，需要对车身结构部件进行选择，选择关键的部件对其进行强化，进而使车身满足耐撞的要求。而且汽车自身零部件的功能和数量都比较复杂，如何在对众多部件材料进行组合与选取时，依托不同材料部件的选择也会越来越多，可选材料组合的方式也会不断增加。那么如何与汽车车身实际情况相结合，选择出最佳部件对车身进行优化至关重要。

2 汽车碰撞安全性设计

2.1 安全性设计的原则

一般来说，汽车如果在正面受到碰撞时，必须要拥有优越的安全性能，这里就要从汽车的车身出发，要求车身结构需要具备吸收能量的性能，确保汽车在遇到碰撞后，可以对车身受到的动能进行有效吸收，进而对车体的加速度进行满足，对入侵的能力进行有效控制和配置。所以汽车安全性设计需要满足以下两点原则：第一，需要保持驾驶员和乘客舱的速度维持在比较低的标准上，以便汽车在受到撞击后，防止车内人员因撞击而受到很大的冲击影响。第二，前围板的侵入量和转向柱的后移量也要保持在较小的范围内，进而使车内人员的生存可能性得到有效提高，尽量防止人员因撞击而受到较大伤害。

2.2 优化设计汽车材料配置

对汽车的安全性进行设计与实施时，其对象的选择通常也都有很大的主观特性，而且实际设计时经常存在一些问题，比如对其材料以及厚度之间的交互问题没有进行全面考虑，这一问题对汽车安全性有很大影响。所以在进行设计时，需要深入了解和分析，和能量的分布以及传导路径等相结合，对选择的部件进行设计与分析，进而对汽车在遇到碰撞时的安全性影响进行明确，以此有效解决设计时选择对象非常困难的问题。此外，对设计对象进行选择时，尽量要使用多目标优化以及模型模拟方法对材料以及材料的厚度进行优化，要对材料与厚度之间的交互性等进行全面考虑，进而使材料与厚度之间实现混合性优化的目的，而且因为汽车在碰撞设计时的对象相对比较随意，为了提升方案的科学与完善，就需要对全部材料进行优化设计，进而有效提升设计的科学与准确性，保障汽车在遇到碰撞后，对汽车安全有很大影响的材料都能作为设计的主要对象，具体如图1。

3 汽车重要部件安全分析与优化

3.1 汽车传力路径分析

汽车在遇到正面碰撞后，会存在应力流动，可以由此进行深入、全面的分析，进而对汽车车身中哪些部件会在正面碰撞中有效发挥作用进行明确，真正了解到各部件的时间作用，具有可以从以下几方面出发：第一，如果汽车与汽车前方的刚性障碍出现碰撞时，一般来说车身前保险杠就很可能因为碰撞而出现挤压和变形的现象，然后会直接把这种力的作用传递到上纵梁，随后会往上传递，最后会传递到车辆的后方位置。第二，汽车在和刚性障碍进行碰撞时，汽车前面的保险杠会因为挤压而变形，把力传递给前纵梁，然后在传递到纵梁的下方部位，接着传递到门槛梁与地板纵梁。第三，汽车在和刚性障碍进行碰撞时，汽车车身的下方很可能受前轮胎的作用，前轮胎会把受力直接传到上方，然后转到门槛梁，最后在向车辆后方传递。

3.2 能量分部分析

要对传力路径主要部件的能力进行分析，就要对相关部件在路径中能够发挥的吸能作用进行明确，进而以此为基础对汽车在遇到正面碰撞后可以发挥作用的部件进行明确。通常汽车在出现碰撞现象后，汽车的车身上端柱发挥的吸能作用会比下端柱的作用小，因此可以直接判断，汽车车身以及乘员舱中发挥实际吸能作用的大部分还是车身下端传力路径承担，所以可以借助不同部件之间能力比例情况，对出现碰撞时发挥作用的部件进行确定。

3.3 敏感度分析

对汽车车身的结构进行设计，对材料配置进行优化时，可以直接使用正交实验方法对其进行科学分析，然后扩大研究范围，对相关部件实际敏感度情况进行研究，进而了解涉及到的多种影响因素对汽车车身安全性能带来的主次关系。通常来说，车身的结构材料质量都比较好，一般是使用强度非常高的钢制作而成，但是如果使用这种强度非常高的钢材，那么其成本也会大大增加，为此要想对车身结构进行优化，就要确保如果高强度的钢材再被替换后，新选择的材料也要有相同的作用，即如果汽车发生了碰撞现象，新选择的材料也要确保车身能够发挥钢材的效果，这样才可以有效降低对汽车进行设计时，由于车身的材料而带来的浪费成本现象。为此，可以对汽车车身所有部件材料敏感度进行分析，然后和分析得出的结果相结合，选择出材料的变化局内敏感性的部件，接着以此为基础，对这些材料部件的厚度进行多目标优化措施处理。在实施敏感度相关分析之后，就可以发现，汽车的车身结构材料强度有一定的限制，必须要维持在一定的度，如果材料强度持续增加，其结果并不一定是正面的，有可能导致材料部件变量不断变差，所以使用单纯提升材料强度的方法并不是很可靠，而是要借助研究找到其中的度，在确保材料强度的同时，不对材料的其他功能产生影响。

3.4 汽车车身结构材料配置优化设计方法

当前，针对汽车车身材料的配置问题，存在众多分析方法，通常来说都是要建立起多种不同数学模型，然后借助模型对材料配置进行统计和分析。但是，不管使用什么分析方法，都要考虑到一个关键性问题，那就是汽车车身部件材料以及厚度之间的交互性问题，比较常见的就是把离散变量直接作为连续变量，接着以此为基础，对其最优点进行调整，使其调整到相应离散值，借助这一方法可以使其局部得到最优的处理。而且，还能够把连续变量实施離散化处理，如果离散化方法出现了差异性时，也可以在这一基础上，达到局部最优结果。还可以借助遗传算法进行处理，这一方式需要借助计算机，属于编码范围，对所要进行处理的实际对象的性质，并没有严格的要求，那么它的处理对象可以使离散连续混合性便利，也能够对设计内的多个点进行优化和评价，使用这种方法，其在整体的搜索性能也比较良好。

4 结语

总之，对汽车的车身结构安全部件材料进行优化设计非常重要，需要引起相关人员的重视，加大对相关材料的研究，加大对碰撞试验的分析，切实把握对汽车安全有重要影响的材料，进而采取针对性措施提升材料性能，提升汽车安全性能，确保车辆在遇到碰撞后，能够对车内人员提供有效的保护。

参考文献：

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